CN115101801A - 一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 - Google Patents
一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115101801A CN115101801A CN202210778128.5A CN202210778128A CN115101801A CN 115101801 A CN115101801 A CN 115101801A CN 202210778128 A CN202210778128 A CN 202210778128A CN 115101801 A CN115101801 A CN 115101801A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- iron phosphate
- battery
- negative electrode
- lithium iron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 69
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 29
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims description 23
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 18
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 16
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 11
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 11
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 10
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 10
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 5
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- CMWINYFJZCARON-UHFFFAOYSA-N 6-chloro-2-(4-iodophenyl)imidazo[1,2-b]pyridazine Chemical compound C=1N2N=C(Cl)C=CC2=NC=1C1=CC=C(I)C=C1 CMWINYFJZCARON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 3
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 7
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 abstract 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N Cyclopentane Chemical compound C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N heptamethylene Natural products C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用，属于新能源技术领域。准固态无负极锂二次电池由磷酸铁锂正极，准固态聚合物电解质和负极侧集流体组成。通过浆料涂覆的方法制备正极电极材料，并将准固态聚合物电解质置于正极与负极侧集流体之间组装成扣式或软包电池。本发明制备的准固态无负极锂二次电池能量密度超过300Wh kg‑1，且规避了易燃液态电解液和过量金属锂的使用，在电滥用、热滥用和机械滥用等条件下均具有良好的安全性。另外，制备过程操作简便，利于规模化应用。
Description
技术领域
本发明属于新能源技术领域，涉及一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态锂电池制备方法及其应用。
背景技术
受能量密度限制，商业化的锂离子电池已经难以满足市场的储能需求。使用高容量、低电位锂金属负极代替石墨负极可将锂电池的能量密度提升数倍。但是，金属锂箔加工难度大，制造成本极高；电池的装配环境苛刻，难以兼容现存的锂离子电池生产线；金属锂的高活性也增加了电池的安全风险。锂金属电池的大规模应用遥遥无期
无负极锂金属电池是一种由正极材料、隔膜、电解质和金属集流体组成的电池，该电池组装时负极侧不含金属锂，而是直接放置金属集流体，所有锂源都由正极提供。首次充电时正极释放的锂离子以金属锂形式沉积在集流体表面，放电时金属锂从集流体表面重新转变为锂离子回到正极。这种电池内部不含多余的活性组分，因此具有极高的体积能量密度和质量能量密度。同时电池制造过程中不涉及操作水氧敏感的锂金属，可以兼容现有的锂离子电池产线。但是，由于电池内部锂源有限且金属锂沉积可逆性差，无负极电池面临着库伦效率低、循环寿命短等问题。易燃的有机液态电解液的使用，也降低了无负极电池的安全性。这些问题严重制约了无负极锂金属电池的实际化应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用：
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，由正极材料、准固态电解质、负极集流体组成。该电池内部所有锂源都由正极提供，负极侧不含活性物质。
所述正极材料为磷酸铁锂、碳材料和粘结剂的复合正极材料。其中以正极材料总质量为100％计，磷酸铁锂的载量为80-95wt.％；碳材料的载量为3-10wt.％；粘结剂的载量为2-10wt.％。
所述负极集流体为导电铜箔或导电镍箔中至少一种。
所述的准固态电解质为聚合物凝胶电解质，具体为聚环氧乙烷或聚1，3-二氧戊环和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的复合物。
进一步的，所述碳材料为乙炔黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中至少一种。
进一步的，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。
一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池的制备方法，包括以下步骤：
第一步，制备磷酸铁锂正极
将磷酸铁锂、碳材料、粘结剂按照一定比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料。所得的正极材料中磷酸铁锂的载量为80-95wt.％。碳材料的载量为3-10wt.％；粘结剂的载量为2-10wt.％。
第二步，制备凝胶聚合物基电解质
2.1将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为303.5-336.2mg ml-1，再加入聚环氧乙烷，聚环氧乙烷的浓度为25-75mg ml-1，最后形成聚合物凝胶电解质。
2.2或将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为574mg ml-1，再加入三氟甲磺酸铝，三氟甲磺酸铝的浓度为0.24ml-1，最后形成聚合物凝胶电解质。
进一步的，所述的混合溶剂中，1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的体积比为1：1。
第三步，制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以第一步所得复合正极材料为正极，导电金属箔为负极侧集流体。在手套箱内(水含量<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，将第二步所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式或软包电池。其中，所述导电金属箔为导电铜箔或导电镍箔中至少一种，所述聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加0.17-1.0μl。
一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，应用于高能耗、长续航电子设备、电动汽车等新能源领域，以我国由化石能源向可再生能源结构转型升级、发展低碳清洁经济、实现“碳中和、碳达峰”目标的重大战略需求。
与现有技术相比，本发明解决了金属锂电池实际应用的难题，其有益效果为：
1)由于负极不含非活性物质，本发明构建的无负极锂电池具有远超传统锂离子电池的能量密度；
2)由于不使用易燃液态电解液与高活性金属锂箔，本发明构建的构建的准固态无负极锂电池具有优异的安全性；
3)由于制备过程中不需要操作高活性金属锂，本发明降低了锂金属电池的制造工艺成本，与现有锂离子电池产线兼容性高。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的磷酸铁锂正极的扫描电子显微镜照片；
图2是本发明实施例1制备的磷酸铁锂正极的库伦效率与循环稳定性。
图3是本发明实施例2制备的无负极锂电池的首圈容量-电压曲线；
图4是本发明实施例3制备的无负极锂电池首次充电后负极金属锂沉积的扫描电子显微镜照片；
图5是本发明实施例4制备的无负极锂电池的库伦效率与循环稳定性。
具体实施方式
针对现有技术的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，提出本发明的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互结合，从而构成新的或者优选的技术方方案。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1.制备正极材料
将磷酸铁锂与乙炔黑及粘结剂按照8：1：1的比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料。所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。所得的正极材料中磷酸铁锂的载量为80wt.％。
2.制备凝胶聚合物基电解质
将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，加入聚环氧乙烷后形成聚合物凝胶电解质。其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为319.8mg ml-1，聚环氧乙烷的浓度为50mg ml-1。
3.制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以步骤1所得复合正极材料为正极，铜箔为负极侧集流体。在手套箱内(水含量<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，将将步骤3所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式无负极全电池。所述聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加0.34μl。
该准固态无负极全电池不涉及操作水氧敏感的高活性金属锂，极大地简化了操作难度，降低了制造成本，利于规模化应用。
图1是本实施例中磷酸铁锂正极的扫描电子显微镜照片，证明了磷酸铁锂、导电剂和粘结剂的均匀混合。图2是本实施例中磷酸铁锂正极的库伦效率与循环稳定性，磷酸铁锂正极首次放电比容量为150mAh g-1，经过150圈的循环后，几乎没有容量衰减，且循环过程中库伦效率始终保持100％，证明该电极具有良好的循环稳定性。
实施例2
1.制备正极材料
将磷酸铁锂与石墨烯及粘结剂按照85：7.5：7.5的比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料。所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。所得的正极材料中磷酸铁锂的载量为85wt.％。
2.制备凝胶聚合物基电解质
将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，加入聚环氧乙烷后形成聚合物凝胶电解质。其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为336.2mg ml-1，聚环氧乙烷的浓度为75mg ml-1。
3.制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以步骤1所得复合正极材料为正极，镍箔为负极侧集流体。在手套箱内(水含量<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，将将步骤3所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式无负极全电池。所述聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加1μl。
该准固态无负极全电池的正极面容量与负极面容量之比为1，基于电池整体的能量密度高于300Wh kg-1.
图3是本实施例中制备的无负极锂电池的首圈容量-电压曲线，该电池的平均放电电压为3.38V，首次放电比容量为124mAh g-1，首次库伦效率能够达到73％。
实施例3
1.制备正极材料
将磷酸铁锂与碳纤维及粘结剂按照90：5：5的比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料。所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。所得的正极材料中磷酸铁锂的载量为90wt.％。
2.制备凝胶聚合物基电解质
将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚混合溶剂中，加入聚环氧乙烷后形成聚合物凝胶电解质。其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为303.5mg ml-1，聚环氧乙烷的浓度为25mg ml-1。
3.制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以步骤1所得复合正极材料为正极，铜箔为负极侧集流体。在手套箱内(水含量<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，将将步骤3所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式无负极全电池。所述聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加0.5μl。
该准固态无负极全电池采用的聚合物凝胶电解质具有高锂离子电导率和良好的界面兼容性，电池具有良好的倍率性能。
图4是本实施例制备的无负极锂电池首次充电后负极金属锂沉积的扫描电子显微镜照片，锂金属呈现出平整光滑的块状沉积形貌，没有锂枝晶生长，证明了凝胶聚合物电解质稳定金属锂负极的有效性。
实施例4
1.制备正极材料
将磷酸铁锂与碳纳米管及粘结剂按照95：2.5：2.5的比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料。所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。所得的正极材料中磷酸铁锂的载量为95wt.％。
2.制备凝胶聚合物基电解质
双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚混合溶剂中，加入三氟甲磺酸铝后形成聚合物凝胶电解质。其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为574mg ml-1，三氟甲磺酸铝的浓度为0.24ml-1。
3.制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以步骤1所得复合正极材料为正极，镍箔为负极侧集流体。在手套箱内(水含量<0.1ppm，氧含量<0.1ppm)，将将步骤3所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式无负极全电池。所述聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加0.17μl。
该准固态无负极全电池避免了易燃液态电解液和过量锂金属的使用，电池在电滥用、热滥用和机械滥用条件下均具有良好的安全性。
图5是本实施例制备的无负极锂电池的库伦效率与循环稳定性，电池循环70圈后容量保持率高于50％，库伦效率接近100％。
应当理解的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，其特征在于，所述的锂电池由正极材料、准固态电解质、负极集流体组成；该电池内部所有锂源都由正极提供，负极侧不含活性物质；所述正极材料为磷酸铁锂、碳材料和粘结剂的复合正极材料，所述负极集流体为导电铜箔或导电镍箔中至少一种，所述的准固态电解质为聚合物凝胶电解质。
2.根据权利要求1所述的一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，其特征在于，所述的准固态电解质为聚环氧乙烷或聚1，3-二氧戊环和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的复合物。
3.根据权利要求1所述的一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，其特征在于，以正极材料总质量为100％计，磷酸铁锂的载量为80-95wt.％；碳材料的载量为3-10wt.％；粘结剂的载量为2-10wt.％。
4.根据权利要求1所述的一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，其特征在于，所述碳材料为乙炔黑、石墨烯、碳纤维、碳纳米管中至少一种。
5.据权利要求1所述的一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池，其特征在于，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯。
6.一种权利要求1-5任一所述的高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，制备磷酸铁锂正极
将磷酸铁锂、碳材料、粘结剂按照比例配置成浆料，涂覆于金属铝箔上，干燥后获得复合正极材料；
第二步，制备凝胶聚合物基电解质
2.1将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为303.5-336.2mg ml-1，再加入聚环氧乙烷，聚环氧乙烷的浓度为25-75mg ml-1，最后形成聚合物凝胶电解质；
2.2或将双三氟甲烷磺酰亚胺锂于常温常压条件下溶于1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的混合溶剂中，其中双三氟甲基磺酰亚胺锂的浓度为574mg ml-1，再加入三氟甲磺酸铝，三氟甲磺酸铝的浓度为0.24ml-1，最后形成聚合物凝胶电解质；
第三步，制备磷酸铁锂准固态无负极锂电池
以第一步所得复合正极材料为正极，导电金属箔为负极侧集流体；在手套箱内内将第二步所得聚合物凝胶电解质置于正、负极之间组成扣式或软包电池；其中，聚合物凝胶电解质用量为每毫克磷酸铁锂添加0.17-1.0μl。
7.根据权利要求6所述的一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池的制备方法，其特征在于，所述第二步中的混合溶剂中，1,3二氧环戊烷与乙二醇二甲醚的体积比为1：1。
8.一种权利要求1-5任一所述的高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池的应用，其特征在于，所述无负极锂电池应用于新能源领域。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210778128.5A CN115101801A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210778128.5A CN115101801A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115101801A true CN115101801A (zh) | 2022-09-23 |
Family
ID=83295813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210778128.5A Pending CN115101801A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115101801A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109155433A (zh) * | 2016-05-06 | 2019-01-04 | 深圳中科瑞能实业有限公司 | 一种二次电池及其制备方法 |
| CN112271274A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-26 | 大连理工大学 | 一种基于硫化锂正极的高安全性、高能量准固态锂二次电池及其制备方法 |
| CN114050308A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-02-15 | 湖北允升科技工业园有限公司 | 一种无负极锂电池结构及无负极锂电池的制备方法 |
| CN114203953A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种基于MXene与微米硫化锂的高载量富锂正极及其在准固态无负极锂电池中的应用 |
| CN114284567A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-05 | 中南大学 | 一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法 |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210778128.5A patent/CN115101801A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109155433A (zh) * | 2016-05-06 | 2019-01-04 | 深圳中科瑞能实业有限公司 | 一种二次电池及其制备方法 |
| CN112271274A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-26 | 大连理工大学 | 一种基于硫化锂正极的高安全性、高能量准固态锂二次电池及其制备方法 |
| CN114050308A (zh) * | 2021-09-26 | 2022-02-15 | 湖北允升科技工业园有限公司 | 一种无负极锂电池结构及无负极锂电池的制备方法 |
| CN114203953A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-03-18 | 大连理工大学 | 一种基于MXene与微米硫化锂的高载量富锂正极及其在准固态无负极锂电池中的应用 |
| CN114284567A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-05 | 中南大学 | 一种高能量密度无负极锂金属电池制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108963327B (zh) | 一种无机填料复合peo固体电解质材料及制备方法和全固态电池 | |
| CN109103399B (zh) | 一种锂硫电池用功能性隔膜及其制备方法和在锂硫电池中的应用 | |
| CN109873162B (zh) | 一种复合3d集流体及其制备和应用 | |
| CN111987278B (zh) | 一种锂金属二次电池用复合隔膜及其制备方法和应用 | |
| CN114122352B (zh) | 一种多孔碳掺杂诱导硅沉积的硅碳负极材料及其制备方法 | |
| CN112687865A (zh) | 一种锂离子电池负极浆料、其制备方法和用途 | |
| WO2020111201A1 (ja) | リチウムイオン二次電池用正極組成物、リチウムイオン二次電池用正極、及びリチウムイオン二次電池 | |
| CN112736245B (zh) | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用 | |
| CN106169617A (zh) | 一种空间用安全高功率锂离子蓄电池 | |
| Wu et al. | A novel battery scheme: Coupling nanostructured phosphorus anodes with lithium sulfide cathodes | |
| CN114094070A (zh) | 一种铌酸钛包覆硬碳复合材料及其制备方法 | |
| CN111370656B (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN104466236A (zh) | 一种能量功率兼顾型锂离子蓄电池及其制备方法 | |
| CN111540899B (zh) | 一种导电三元复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110911173B (zh) | 一种超快充高容量磷烯复合活性炭材料 | |
| CN114094096B (zh) | 在磷酸钛钠负极材料表面形成保护性聚合物膜方法及其制品、应用 | |
| CN115498141A (zh) | 一种负极片及其制备方法和电池 | |
| CN114079038B (zh) | 一种高硫载量锂硫电池正极及其制备方法 | |
| CN115020682A (zh) | 一种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法 | |
| CN115172663A (zh) | 一种复合负极极片及其制备方法与应用 | |
| CN115101801A (zh) | 一种高能量、高安全性的磷酸铁锂基准固态无负极锂电池及其应用 | |
| CN113161603A (zh) | 一种新型钾离子电池及其制备方法 | |
| CN113196525A (zh) | 一种负极复合材料及其应用 | |
| CN114899398B (zh) | 硼氮共掺杂碳纳米管包覆氧化亚硅复合材料的制备及应用 | |
| CN116741998B (zh) | 一种锂金属电池负极界面修饰层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |